钢结构课程设计轻型门式钢架设计

1、学号2009021225钢结构设计课程设计哈尔滨市轻型门式钢架设计院（系）名称：航天与建筑工程学院专业名称：土木工程学生姓名：宋健指导教师：陈树华2012年6月1.设计资料哈尔滨市某单层工业厂房，采用单跨双坡门式刚架，刚架跨度15m，柱距9m，柱高8m，屋面坡度1/10，地震设防烈度为6度。刚架平面布置如下图1.1所示，刚架形式及几何尺寸如下图1.2所示。屋面及墙面板均为彩色压型钢板，内填充以保温玻璃棉板，考虑经济、制造和安装方便，檩条和墙梁均采用冷弯薄壁卷边C型钢，间距为1.5米，采用Q345钢，焊条采用E43型。图1.1 刚架平面布置图图1.2 刚架形式及几何尺寸2.荷载计算2.1荷载取值

2、计算：（1）屋盖永久载荷标准值（对水平投影面）YX51-380-760型彩色压型钢板0.15kN/m50mm后保温玻璃棉板0.05kN/mPVC铝箔及不锈钢丝0.02kN/m檩条及支撑0.10kN/m刚架斜梁自重（有吊顶）0.15kN/m悬挂设备(有附加荷载) 0.50kN/m合计： 0.97kN/m（2）屋面可变载荷标准值屋面活荷载：按不上人屋面考虑，取为0.48kN/m。雪荷载：基本雪压。对于单跨双坡屋面，屋面坡角=54238，雪荷载标准值。取屋面活荷载与雪荷载中的较大值0.48kN/m，不考虑积灰荷载。（3）轻质墙面及柱自重标准值（包括柱、墙骨架等）0.50kN/m（4）风荷载标准值按门

3、式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102:2002）附录A规定计算。基本风压，地面粗糙类别为B类；风荷载高度变化系数按建筑结构荷载规范（GB 50009-2001）规定采用，当高度小于10m时，按10m高度处的数值采用，。风荷载体型系数。迎风面柱及屋面分别为+0.25和-1.0，背风面柱及屋面分别为-0.55和-0.65（CECS102:2002中间区）。（5）地震作用据全国民用建筑工程设计措施结构中第条建议：单层门式刚架轻型房屋钢结构一般在抗震烈度小于7度的地区可不进行抗震计算。故本工程结构设计不考虑地震作用。2.2各部分作用的载荷标准值计算（1）屋面恒荷载标准值：活荷载标准值：（2）柱

4、荷载恒荷载标准值：活荷载标准值：（3）风荷载标准值迎风面：柱上横梁上背风面：柱上横梁上3.内力分析考虑本工程刚架跨度较小，厂房高度较低、荷载情况及刚架加工制造方便，刚架采用等截面，梁柱选用相同截面。柱脚按铰接支承设计。采用弹性分析方法确定刚架内力。3.1在恒荷载作用下：4.50kN/m4.50kN/m8.73kN/m图3.1 恒荷载作用简图-117.93-117.93116.55-117.93-117.93ABCDEABCDE 图3.2 恒荷载作用下的M图ABCDE图3.3 恒荷载作用下的N图21.1865.47101.47101.4765.4721.1814.67ABCDE图3.4 恒荷载作

5、用下的V图14.7463.681.4714.7414.741.4714.7463.683.2在活荷载作用下：-58.3657.675-58.36ABCDE图3.6 活荷载作用下的 M图4.32kN/m图3.5 活荷载作用简图ABCDEABCDE图3.7 活荷载作用下的N图10.4832.4032.407.2610.4832.4032.40ABCDE图3.8 活荷载作用下的V图7.2931.510.737.297.290.737.2931.513.3在风荷载作用下：ABCDE图3.10 左风向荷载作用下的M图图3.9 左风向荷载作用简图ABCDE3.393kN/m5.22kN/m5.22kN/m

6、3.393kN/m119.47-53.97-3.201.305kN/m2.871kN/m-24.57ABCDEABCDE43.8743.87-20.73-20.7314.0314.0313.0913.099.7120.1542.683.346.0519.5211.0811.88图3.11 左风向荷载作用下的N图图3.12 左风向荷载作用下的V图4.内力组合刚架结构构件按承载能力极限状态设计，根据建筑结构荷载规范（GB 500092001）的规定，采用荷载效应的基本组合：。本工程结构构件安全等级为二级，。本工程不进行抗震验算。最不利内力组合的计算截面取柱底、柱顶、梁端及梁跨中截面。对于刚架梁，截

7、面可能的最不利组合如下。梁端截面：Mmax及相应的N、V；Mmin及相应的N、V。梁跨中截面：Mmax及相应的N、V；Mmin及相应的N、V。对于刚架柱，截面可能的最不利组合有Mmax及相应的N、V；Mmin及相应的、V；Nmax及相应的Mma、V；Nmin及相应的Mma、N。内力组合见表4.1表4.1截面内力组合项目荷载组合方式荷载组合项目M/kNmN/kNV/kN刚架柱柱顶BMmax及相应的N、V（1）1.2恒+1.4活-223.22123.92-27.89()Mmin及相应的N、V（2）1.0恒+1.4风49.334.28-1.15()Nmax及相应的Mma、V（1）1.2恒+1.4活-

8、223.22123.92-27.89()Nmin及相应的Mma、N（2）1.0恒+1.4风49.334.29-1.15()柱底AMmax及相应的N、VMmin及相应的N、VNmax及相应的Mma、V（1）1.2恒+1.4活0167.12-27.89()Nmin及相应的Mma、N（2）1.0恒+1.4风040.0513.47()刚架梁支座BMmax及相应的N、 V（1）1.2恒+1.4活-223.2240.09120.53()Mmin及相应的N、V（2）1.0恒+1.4风49.331.543.93()跨中CMmax及相应的N、V（1）1.2恒+1.4活220.6027.77-2.79()Mmin

9、及相应的N、V（2）1.0恒+1.4风40.991.54-6.15()5.刚架设计5.1截面设计：初选梁柱截面均用焊接工字钢450200812，截面特性：B=200mm，H=450mm，mm，mm，A=82.1，=28181，=1252，=18.53cm，=1602,，=160.2，=4.42cm。5.2构件验算：（1）构件宽厚比验算翼缘部分： =96/12=8腹板部分：=426/8=53.25（2）刚架梁的验算抗剪验算梁截面最大剪力为=120.53，考虑到仅有支座加劲，满足要求。弯、剪、压共同作用下的验算取梁段截面进行验算，N=40.09，V=120.53，M=223.22。因VM=223.

10、22,取M=故,满足要求。整体稳定性验算N=40.09，M=223.22梁平面内的整体稳定性验算：计算长度取横梁长度=15075，=/=81.35=150，b类截面，查表得0.679。,=187.62，满足要求。梁平面外的整体稳定性验算：考虑压型钢板与檩条紧密连接，有蒙皮作用，檩条可作为横梁平面外的支撑点，但为安全起见，计算长度按两个檩距或隅撑间距考虑，即=3015。对于等截面构件，b类截面，查表得=0.762。取,满足要求。按钢结构设计规范（GB500172003）校核该梁腹板容许高厚比。粱端截面：故，满足要求。梁跨中截面：故，满足要求。.验算檩条集中荷载下的局部受压承载力a檩条传给横梁上翼

11、缘的集中荷载b验算腹板上边缘处的折算应力取梁端截面处的内力M=223.22，N=40.09，V=120.53。，满足要求。（3）刚架柱的验算A.抗剪验算柱截面的最大剪力是=27.89kN，考虑到仅有支座加劲肋，满足要求。B.弯、剪、压共同作用下的验算取柱端截面进行验算N=123.82，V=27.89，M=223.22。因V,取M=故,满足要求。C.整体稳定验算构件的最大内力：N=167.12N，M=223.22a.刚架柱平面内的整体稳定性验算刚架柱高H=8000，梁长L=15075，柱的线刚度，梁的线刚度，查表得柱的计算长度系数=2.612。刚架柱的计算长度。=150，b类截面，查表得=0.4

12、76。,，满足要求。b.刚架柱作用平面外的整体稳定性验算考虑屋面压型钢板墙面与墙梁紧密连接，起到应力蒙皮作用，与柱连接的墙梁可作为柱平面外的支撑点，但为安全起见，计算长度按两个墙梁间距或隅撑间距考虑，即。对等截面构件，b类截面，查表得=0.762。取0.970,.按轻型门式刚架设计规程校核刚架柱腹板容许高厚。a. 柱顶截面。故，满足要求。b. 柱底截面。，满足要求。（4）验算刚架在风荷载作用下的侧移，刚架柱顶等效水平力：其中满足。5.3节点验算：（1）梁柱连接节点.螺栓强度验算梁柱节点采用10.9级M30高强摩擦型螺栓连接，构件截面采用喷砂，摩擦面抗滑移系数=0.45，每个高强螺栓的预拉力是3

13、55kN，连接处传递内力设计值：N=40.09kN，V=120.53kN，M=223.22kNm。H450200812H450200812（a）（b）图5.1 刚架柱与刚架梁的连接节点螺栓抗拉承载力验算：螺栓抗剪承载力验算：满足。最外排一个螺栓的抗剪、抗拉承载力验算：，满足要求。.端板厚度验算端板厚度取t=22mm，按二边支撑类端板计算:.梁柱节点域的剪应力验算满足要求。螺栓处腹板强度验算。，满足要求。（2）横梁跨中节点.螺栓强度验算横梁跨中节点采用10.9级M30高强摩擦型螺栓连接，构件接触面采用喷砂，摩擦面抗滑移系数=0.45，每个高强螺栓的预拉力是355kN，连接处传递内力设计值：N=2

14、7.77kN，V=2.79kN，M=220.60kNm。H450200812图5.2 刚架梁跨中节点螺栓抗拉承载力验算：螺栓抗剪承载力验算：，满足。最外排一个螺栓的抗剪、抗拉承载力验算，满足要求。.端板厚度验算端板厚度取t=22mm，按二边支撑类端板计算.螺栓处腹板强度验算。，满足要求。（3）柱脚设计刚架柱与基础铰接，采用平板式铰接柱脚。 a.柱脚内力设计值：Nmax=167.12kN，相应的V=27.89kN；Nmin=1.54kN，相应的V=3.93kN。 b.由于柱脚剪力较小，Vmax=27.89kN0，考虑柱间支撑竖向上拔力后，锚栓仍不承受拉力，故仅考虑柱在安装过程中的稳定，按构造要求

15、设置锚栓即可，采用4M24。c.柱脚底板面积和厚度计算。H450200812M24图5.3 刚架柱铰接.柱脚底板面积确定,取b=300mm，取h=550mm底板布置如图，基础采用C20混凝土，=9.6，验算底板下混凝土的轴心抗压强度设计值：-17.8+6.290.969+9.78=23.078上翼缘板：上翼缘板为最大压应力作用于部分加劲板件的支撑边，-10.906.受压板件的有效宽度腹板：，1.1板组约束系数：由于0，取，。，则截面有效宽度为：=0.4=23.22mm，=0.6=34.83mm。上翼缘板：0，取，则截面有效宽度为：=0.4=16.46mm，=0.6=24.69mm。下翼缘板：下

16、翼缘板全截面受拉，全部有效。.有效净截面模量图6.1-2檩条上翼缘及腹板的有效净截面上翼缘缘板的扣除面积宽度为，腹板的扣除面积宽度为，同时在腹板的计算截面有一直径13mm拉条连接孔（距上翼缘35mm），孔位置与扣除面积基本相同，所以腹板的扣除面积按直径13mm拉条连接孔计算。有效净截面模量为，（3）强度验算按屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转考虑，当檩条间距为0.75m时，强度验算满足（缩小檩条间距，选取较大尺寸的檩条）（4）挠度计算，满足要求。（5）构造要求，满足要求，满足要求。6.2隅撑的设计：隅撑按轴心受压构件设计，轴心力为连接螺栓采用普通C级螺栓M12，隅撑的计算长度取两端连接螺栓中心的距离为。选用L504，截面特性：,，查表得。单面连接的角钢强度设计值乘折减系数，满足要求。C18070202.2图6.3 檩条上翼缘及腹板的有效净截面6.3墙梁的设计：本工程为单层厂房，刚架柱距为9m，标高1.200 m以上采用彩色压型钢板。墙梁间距1.2m，跨中设二道拉条，钢材为Q345.（1）荷载计算墙梁采用冷弯薄壁卷边型钢，自重，墙梁重。基本风压，风荷载标准值按CECS102=2002中的围护结构计算本工程外墙为落地墙，计算墙梁时不计墙重，另因墙梁先安装故不计拉条作用。，（2）内力计算，（3）强度计算墙梁，开口朝上，参考屋面檩条的计算结果及工程实践经验，取,在风吸力下拉条位置